感测装置、利用其进行信号采集和处理的方法及车辆与流程

1.本发明涉车辆感测技术领域，尤其涉及基于mems麦克风的感测装置、包括该感测的输送装置以及利用该感测装置进行信号采集和处理的方法。


背景技术：

2.已知用于安全用途的车辆感测技术，例如，通过采集声音信号来判断恶意敲击车辆玻璃的装置；检测和响应警报的方法，其通过多个传感器检测紧急车辆并且使用来自多个传感器的输出来估计紧急车辆的方位；以及一种汽车刮擦预警及证据记录系统，该系统采用摄像头作为信号采集方式。
3.然而，现有的感测装置仍具有以下缺点：汽车被恶意的破坏或划擦，不能被及时的检测到；对于自动驾驶车辆，无法进行紧急车辆的识别与避让；和/或对于电动汽车，位于底盘部位电池容易被撞击，但无法监控到电池的破坏状态。
4.因此，仍然需要改进的用于车辆的感测装置。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
6.为此，本发明提出一种结构简单、安装方便、信号识别率高以及应用场景丰富的感测装置。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种感测装置，所述感测装置包括：基板，至少一个第一声音传感器，所述第一声音传感器用于采集通过第一介质传输的第一声音信号；至少一个第二声音传感器，所述第二声音传感器用于以独立于第一声音传感器的方式采集通过第二介质传输的第二声音信号，其中第二介质不同于第一介质；信号处理单元，所述信号处理单元用于接收第一声音信号和第二声音信号并对第一声音信号和第二声音信号进行初步处理；以及微处理器，所述微处理器用于特征化处理经初步处理的第一声音信号和第二声音信号，其中，第一声音传感器、第二声音传感器、信号处理单元与微处理器布置在所述基板上。
8.由此，采用两个独立的传感器采集不同介质传输的信号，因此提高了信号识别率和准确率。
9.可选地，第一声音传感器和/或第二声音传感器分别是压电式mems麦克风。
10.可选地，所述感测装置还包括用于第一声音传感器的信号收集结构，所述信号收集结构构造成喇叭形或圆台形的形式，并且具有相对的两个开口以及位于两个开口之间的信号收集腔，其中两个开口中较大的一个开口朝外敞开、较小的另一开口与第一声音传感器对准，以便收集通过空气介质传输的声音信号。
11.可选地，在基板的设有信号收集结构的一侧上，在对应于第一声音传感器的安装位置处布置有防护膜。
12.可选地，所述感测装置还包括用于第二声音传感器的支撑结构，所述支撑结构呈
柱状并抵接第二声音传感器，以固定和支撑所述第二声音传感器。
13.可选地，所述基板是pcb(印刷电路板)，和/或所述信号处理单元包括放大电路和滤波电路中的至少一者。
14.可选地，所述感测装置还包括psi5(外设传感器接口5)模块、can(控制器局域网)模块和/或电源模块。
15.由此，可以将传感器与信号处理单元、微处理器和其它模块等集成在pcb上，并且以简单的硬件处理电路简单实现了可靠性高的检测，也有利于降低成本。
16.可选地，所述感测装置被封装成单独的整体。由此，实现了模块化的结构。
17.根据本发明的另一个方面，提供一种利用根据前述的感测装置进行信号采集和处理的方法，所述方法包括以下步骤：
18.a)借助于第一声音传感器采集通过空气传输的第一声音信号；
19.b)借助于第二声音传感器采集通过固体传输的第二声音信号；
20.c)利用信号处理单元接收并初步处理第一声音信号和第二声音信号；以及
21.d)利用微处理器对于经初步处理的第一声音信号和第二声音信号进行特征化处理。。
22.可选地，步骤c)包括：利用放大电路和滤波电路处理第一声音信号和第二声音信号；和/或
23.可选地，步骤d)包括：在经初步处理的第一声音信号和第二声音信号传输至微处理器后，微处理器对第一声音种信号和第二声音信号进行特征化处理，以判断信号的类型和来源。
附图说明
24.下面参照附图经由非限制性实施例对本发明进行详细描述，其中附图仅是示意性的，且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明所必需的那些部分，而其他部分可能被省略或仅仅简单提及。即，除附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其他部件。在附图中：
25.图1示意性地示出了根据本发明第一实施例的感测装置的正视图和侧视图，
26.图2示意性的示出了图1所示实施例的背面侧，
27.图3是图1所示实施例的示意性立体图，
28.图4是根据本发明第二实施例的感测装置的示意性立体图，
29.图5是图4所示实施例的示意性正视图，
30.图6是图4所示实施例的示意性后视图，
31.图7是利用根据本发明的感测装置进行信号采集和处理的方法的示意性框图。
具体实施方式
32.下面参照附图描述根据本发明实施例的感测装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员来说明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意
组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
33.图1至图3示出了根据本发明一个实施例的感测装置100，其可以是例如基于mems麦克风的接触式传感器装置。
34.如图1所示，感测装置100包括基板1、第一声音传感器2、第二声音传感器3、信号处理单元(未示出)以及微处理器(未示出)。第一声音传感器2、第二声音传感器3、信号处理单元和微处理器都布置在该基板1上。由此，感测装置100可以被封装成单独的整体。
35.在一个实施例中，基板1可以是pcb即印刷电路板。
36.第一和第二声音传感器2、3可以是基于mems的声音传感器，例如mems麦克风，尤其是压电式mems麦克风。如图2所示，第一和第二声音传感器2、3布置在基板1的背面侧。
37.第一声音传感器2可以用于采集通过第一介质传输的第一声音信号。第二声音传感器3可以用于以独立于第一声音传感器的方式采集通过第二介质传输的第二声音信号。第二介质不同于第一介质。第一介质可以是空气，第二介质可以是固体，尤其是在感测装置100安装在车辆上(例如贴装于车辆钣金的内表面上)的情况下，第二介质是车身壳体。
38.在基板1是pcb时，信号处理单元可以包括布置在pcb上的信号处理电路，例如放大电路和滤波电路。该信号处理单元可以用于接收利用通过空气介质传输的第一声音信号和例如通过固体介质(车身壳体)传输的第二声音信号，并对第一声音信号和第二声音信号进行初步处理。此外，布置在基板1上的微处理器(未示出)可以用于特征化处理经初步处理的第一声音信号和第二声音信号。
39.如图1所示，感测装置100还包括用于第一声音传感器2的信号收集结构4。信号收集结构4设置在基板1的正面侧上，构造成喇叭形的形式，并且具有相对的两个开口以及位于两个开口之间的信号收集腔5，其中两个开口中较大的一个开口朝外敞开、较小的另一开口与基板1上的通孔(未示出)对齐，第一声音传感器2在基板1的背面侧上设置在对应于该通孔的位置处(参见图2)，以便收集通过空气介质传输的声音信号。在本实施例中，信号收集结构4的较大开口的中心与较小开口的中心之间的连线不垂直于基板1的表面，即，较大开口位于基板的大致中部、较小开口则相对于较大开口朝向图1的右侧偏置，从而使得信号收集结构4的较大开口以及因此信号收集结构腔5足够大，同时由于有效利用了基板1的表面积而不需要扩大基板1。
40.在基板1的正面侧，在对应于信号收集结构4的较小开口处(亦即在对应于前述通孔处)布置有防护膜6。该防护膜6用于覆盖基板1中的所述通孔，以防止水和灰尘进入通孔堵住。当有声音信号经由空气介质传输到防护膜6时，其能够振动以将声音信号通过基板1中的前述通孔传递给第一声音传感器2。
41.图2示出了感测装置100的背面侧，可以理解：当感测装置100从图1所示的正面侧翻转到图2所示的背面侧，图1中的左侧部分转变为图2中的右侧部分、图1中的右侧部分则转变为左侧部分。因此，第一声音传感器2在相应于图1中的防护膜6(在图1中被使出为位于图1的右侧)所在位置处布置在基板1的背面侧上，并且在图2中被示出为位于图2的左侧。类似地，第二声音传感器3则在图2中被示出为位于图2的右侧。
42.如图3所示，感测装置100还包括用于第二声音传感器3的支撑结构7。支撑结构7例如呈柱状(优选圆柱状)，延伸通过基板1中的另一通孔并抵接第二声音传感器3，以固定和
支撑第二声音传感器3。
43.信号收集结构4和支撑结构7可以一体形成并且作为壳体8的一部分，该壳体8从正面侧至少部分地包围基板1，如图3较佳地所示。
44.感测装置100、100’还包括psi5(外设传感器接口5)模块、can(控制器局域网)模块和/或电源模块。psi5是用于汽车应用的总线接口。它是一种开放标准，能提供高度安全、可靠、快速的数据传输，并且有助于减小车辆线束和接头的尺寸、重量和成本。
45.图4至图6示出了根据本发明第二实施例的感测装置100’。该感测装置100’与图1至图3所示感测装置100的同样或类似部件以相同的附图标记加上撇号(’)标记，关于感测装置100’与感测装置100的相同或类似部件的具体说明可以参见前面参照图1至图3所阐述的内容，在此不再赘述。感测装置100’与感测装置100的不同之处包括信号收集结构4’和信号收集腔5’。如图4和图5所示，信号收集结构4’构造成圆台形的形式。此外，信号收集结构4’和支撑结构7’一体形成并且作为壳体8’的一部分，该壳体8’构造成在周向上至少部分地包围基板1’(参见图5)。
46.图7以示意性框图示出了利用根据本发明的感测装置进行信号采集和处理的方法。如图7所示，电源模块可以向微处理器、信号处理单元以及传感器供电。可以借助于第一声音传感器2采集通过空气传输的第一声音信号，并且还可以借助于第二声音传感器3采集通过固体传输的第二声音信号。第一和第二声音传感器分别将第一和第二声音信号输入至信号处理单元，信号处理单元可以接收并初步处理、尤其是利用放大电路和滤波电路处理第一和第二声音信号。经初步处理的第一和第二声音信号被输入至微处理器，微处理器则对信号进行特征化处理，从而可以用于判断信号的类型和来源。
47.具体而言，对于安全用途，通常要求准确率高，为此，对于统一声音源发出的信号，可以通过同一个感测装置中的两个传感器分别收集信号并互相校验。此外，可以在车身不同位置安装多个感测装置，这些感测装置中的各个第一传感器可以分别处理通过空气传输的声音信号并由微处理器综合对比和判断信号类型及来源，同样地，各个第二传感器可以分别处理通过固体传输的声音信号并由微处理器综合对比和判断信号类型及来源。由此显著提高了检测的准确性和车辆的安全性。
48.工业适应性
49.根据本发明的感测装置基于以下构思：
50.1.采用两个独立的声音传感器、例如mems麦克风、特别是压电式mems麦克风，能够通过两种传播介质(例如空气和固体)采集声音信号；
51.2.第一声音传感器(即空气声音信号采集麦克风)、信号收集结构与防护膜的结合能有效收集空气中声音信号，提升产品环境防护等级，易于生产及工装模具设计，提升产品性能同时降低制造成本；
52.3.第二声音传感器(即固体声音信号采集麦克风)的安装位置位于pcb背面侧，对应于pcb通孔处，相应地在pcb正面侧采用柱状实体支撑结构，这利于固体中的声音信号传递，提升支撑强度及环境防护等级。
53.本发明实施例中的感测装置100、100’使用两个压电式mems麦克风作为感知器件，通过麦克风安装位置处外壳结构的不同，可以分别采集空气传播来的声音信号和固体结构传播来的声音信号。两种信号通过放大电路和滤波电路处理后传输给微处理器，微处理器
中的算法对两种信号进行特征化处理，从而可以判断出信号的类型和来源。根据信号的类型和来源不同，可以将传感器应用于不同的场景。例如，将传感器贴装与汽车钣金的内表面，可以用于检测汽车的刮擦和撞击；可以用于泊车碰撞检测；可以用于无人驾驶的汽车识别紧急车辆，从而避让紧急车辆等。
54.本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。例如，可以设想：在同一个感测装置中可以布置多于两个(例如3个或更多个)声音传感器。此外，在本公开的实施例中使用了相同的传感器，然而也可以设想在同一个感测装置中布置不同种类的至少两个传感器。
55.在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举实施例的实施方式。

技术特征：
1.一种感测装置，其特征在于，所述感测装置(100；100’)包括：基板(1)，至少一个第一声音传感器(2，2’)，所述第一声音传感器用于采集通过第一介质传输的第一声音信号；至少一个第二声音传感器(3，3’)，所述第二声音传感器用于以独立于第一声音传感器的方式采集通过第二介质传输的第二声音信号，其中第二介质不同于第一介质；信号处理单元，所述信号处理单元用于接收第一声音信号和第二声音信号并对第一声音信号和第二声音信号进行初步处理；以及微处理器，所述微处理器用于特征化处理经初步处理的第一声音信号和第二声音信号，其中，第一声音传感器(2，2’)、第二声音传感器(3，3’)、信号处理单元与微处理器布置在所述基板上。2.根据权利要求1所述的感测装置，其中，第一声音传感器(2，2’)和/或第二声音传感器(3，3’)分别是压电式mems麦克风。3.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述感测装置还包括用于第一声音传感器的信号收集结构(4，4’)，所述信号收集结构构造成喇叭形或圆台形的形式，并且具有相对的两个开口以及位于两个开口之间的信号收集腔(5，5’)，其中两个开口中较大的一个开口朝外敞开、较小的另一开口与第一声音传感器对准，以便收集通过空气介质传输的声音信号。4.根据权利要求3所述的感测装置，其中，在基板的设有信号收集结构的一侧上，在对应于第一声音传感器的安装位置处布置有防护膜(6，6’)。5.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述感测装置还包括用于第二声音传感器的支撑结构(7)，所述支撑结构呈柱状并抵接第二声音传感器(3，3’)，以固定和支撑所述第二声音传感器。6.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述基板是pcb(印刷电路板)，以及/或者所述信号处理单元包括放大电路和滤波电路中的至少一者。7.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述感测装置还包括psi5(外设传感器接口5)模块、can(控制器局域网)模块和/或电源模块。8.根据权利要求1或2所述的感测装置，其中，所述感测装置被封装成单独的整体。9.一种利用根据前述权利要求中任一项所述的感测装置进行信号采集和处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)借助于第一声音传感器采集通过空气传输的第一声音信号；b)借助于第二声音传感器采集通过固体传输的第二声音信号；c)利用信号处理单元接收并初步处理第一声音信号和第二声音信号；以及d)利用微处理器对于经初步处理的第一声音信号和第二声音信号进行特征化处理。10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤c)包括：利用放大电路和滤波电路处理第一声音信号和第二声音信号；和/或步骤d)包括：在经初步处理的第一声音信号和第二声音信号传输至微处理器后，微处理器对第一声音种信号和第二声音信号进行特征化处理，以判断信号的类型和来源。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1至8中任一项所述的感测装置。12.根据权利要求11所述的车辆，其中，所述感测装置以如下方安装，使得第二声音传感器贴靠于所述车辆。

技术总结
本发明涉及一种感测装置(100；100’)，包括：基板(1)，至少一个第一声音传感器(2，2’)，所述第一声音传感器用于采集通过第一介质传输的第一声音信号；至少一个第二声音传感器(3，3’)，所述第二声音传感器用于以独立于第一声音传感器的方式采集通过第二介质传输的第二声音信号，其中第二介质不同于第一介质；信号处理单元，所述信号处理单元用于接收第一声音信号和第二声音信号并对第一声音信号和第二声音信号进行初步处理；以及微处理器，所述微处理器用于特征化处理经初步处理的第一声音信号和第二声音信号。本发明还涉及一种包括该感测装置的车辆和利用该感测装置进行信号采集和处理的方法。采集和处理的方法。采集和处理的方法。


技术研发人员：刘杨 赵祺 张秀萍 刘亚利
受保护的技术使用者：大陆汽车安全系统(长春)有限公司
技术研发日：2022.03.03
技术公布日：2023/9/12